Sektionen för Ekonomi och Teknik

  Högskolan i Halmstad Sektionen för Ekonomi och Teknik

  

Innovativt drivpaket för rullstol

  Högskolan i Halmstad Sektionen för Ekonomi och Teknik

  Innovativt drivpaket för rullstol

  Examensarbete inom Maskinteknik C-nivå, 15 hp

  VT 2008 Roger Malmberg Simon Hagberg Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design Handledare: Daniel Johansson, J&D Assisting Systems

  Lars Bååth, Högskolan i Halmstad Examinator: Lars G Johansson

  Förord

  Förord

  Detta examensarbete är den avslutande delen i vår utbildning på

1 Maskiningenjörsprogrammet med inriktning på Konstruktion och design på Högskolan i

  2 Halmstad. Examensarbetet omfattar 15 högskolepoäng vilket innebär tio veckors

  heltidsarbete. Meningen är att eleverna ska tillämpa de kunskaper de förvärvat under utbildningens gång. Det har varit spännande och intressant att utföra examensarbetet på ett så pass nytt företag som J&D Assisting Systems, samtidigt som vi har lärt oss mycket nytt.

  Vi vill tacka de personer som har hjälpt oss under projektets gång, med allt från kugghjulsval till prototyptillverkning. Vi vill speciellt tacka vår uppdragsgivare, J&D Assisting Systems, och då framför allt Daniel Johansson, för ett bra samarbete. Tack även till vår handledare på skolan, Lars Bååth, för bra instruktioner och handledning.

  Trevlig läsning! Halmstad, Maj 2008

  _______________________________ ________________________________ Roger Malmberg Simon Hagberg

  1 ₂ Se www.maskinihalmstad.nu för mer information.

  Bolognaprocessen innebär en omvandling av högskolepoäng. 5p blir nu 7,5 hp. [9]

  Abstract

  Abstract

  This is a thesis for a Bachelor Degree Project, performed in the subject Mechanical Engineering. The students Roger Malmberg and Simon Hagberg have carried out a design project on behalf of the recently established company J&D Assisting systems, located in Halmstad.

  The project consisted in developing J&D's first prototype of a power assisting solution for wheelchairs. A power assisted wheelchair combines human power, which is delivered by the arms through the pushrims, with electrical motors, which are powered by a battery. The power assisted wheelchair is aimed at customers, who have used a regular wheelchair for a long time, but who have become weaker or just need additional power when driving uphill. This kind of wheelchair will provide additional power for users, which will spare their wrists, elbow and shoulders. The product is torque sensor free and instead it relies on the velocity. Engines and gearboxes from the company All motion was a requirement. The construction could not impair the wheelchair's trafficability and the performance would at least match up with the performance of the first prototype. To build a working prototype was a part of the task. The work was early focused on the specific wheelchair Etac Next. At the same time, the result should be, as much as possible, suitable for the most common wheelchairs.

  The result is a design where the engine packet is assembled in a 90° angle towards the wheelaxle. In the angle, the power is transferred by bevel gears, assembled on shafts supported by ball bearings. Then, the force is transmitted via a modified wheel axle to a structure mounted outside the hub. Eight stokes transfers the force to the hand rims.

  An operational prototype has been built and then been assembled on the wheelchair Etac Next. The part mounted outside of the wheel has got a plastic hood to cover up and to protect the inner parts. The plastic hood has been produced with SLS technology.

  Sammanfattning

  Sammanfattning

  Denna rapport avhandlar ett examensarbete inom ämnet Maskinteknik. Eleverna Roger Malmberg och Simon Hagberg har utfört ett konstruktionsprojekt på uppdrag av det nystartade företaget J&D Assisting Systems, beläget i Halmstad.

  Projektet bestod i att utveckla J&D’s första prototyp av en kraftassisterande lösning för rullstolar. En kraftassisterande rullstol kombinerar människans kraft, som levereras via armarna, med elektriska motorer, som drivs av ett batteri. En kraftassisterande rullstol framförs som en traditionell rullstol, men förstärker användarens kraft, vilket skonar armar och leder. Produkten är kraftsensorfri och förlitar sig istället på hastighetsåterkoppling. Den nya prototypen skulle utgå från motorer och växellådor från företaget All motion. Inbyggnaden av drivpaketet skulle inte försämra rullstolens framkomlighet och prestandan skulle minst motsvara tidigare prototyps prestanda. I uppgiften ingick även att bygga en fungerande prototyp. Arbetet inriktades tidigt på rullstolen Etac Next, med syftet att, i så stor grad som möjligt, anpassas för de vanligast förekommande rullstolarna. Resultatet är en konstruktion där motorpaketet är monterat i en 90° vinkel mot hjulaxeln. Kraften överförs i vinklingen av koniska kugghjul, monterade på lagrade axlar. Vidare förflyttas kraften via en modifierad hjulaxel till en påbyggnad utanpå navet, som via åtta ekrar överför kraften till drivringarna. En fungerande prototyp har byggts och sedan monterats på rullstolen Etac Next. Delen monterad på utsidan av hjulet, centrumskivan, har fått en inkapsling i form av en plastkåpa. Plastkåpan har framställts med SLS-teknik.

  Innehåll

  Innehållsförteckning

  !

  ! " # $ $ ! % & !

  " # $

  ' $ $($# $) $ *%+,$) $ - ' $ $($ $ ./ $"%+ ' $ $($ ./ $) $ $./ ,$"%+ ' $ $($ ./ $) $ $./ ,$ *%+

  " % & !

  " % & "

  ! $ $1 ) ! $ $ " ! $ $2

  2 %

• 3 $ .$ $ $

  ' # $ ' % & ' % &

  Innehåll

  " & )

  ( # )

  ( * + $ )

  ( % & & )

• ( ) & &

  , ( , - & &

  , ( ! & &

  ! ( " . & + /%& & 0

  " ( ' 1 &

  " ( ( 2

  " " $ $) " " $ $ ) % # '

  3 & $ ) 3 & & & , 4 $

  !

  #

  & " -

  2 " '

  # $ .$ " 4 ! %

  Innehåll

  Figurförteckning

  $ 5$ ! $ ! $ $ 5$6 $7 $ 5$& 1 $ - $8 1 $ 5$ 9) $ - $' $:.

  $ 5$ $ ) $ 5$' $ $ 5$' $ $9$

  1 $*5$' $ $"5$' $ $9$

  1 $ %5$' $ $ 5$' $ $9$

  1 $ 5$' $ $ 5$' $ $9$

  1 $ 5$ $./ ; $ 5$4 ) $ -$< $ ; $ 5$ $ ! $ ! ! $

• $1 ) $ 5$ $ ! $ ! ! $ $ " $ *5$ $ ! $ ! ! $ $ % $ "5$ ! ! $ $1 ) $ %5$= $! $ ) ,$) $. $ $
• $ 5$ $ .$ ; $. ) $ 5$ $ ./ $ 5$> 1 $ - $6 /! $84 $ 5$& ) $ $ $ ) $ 5$ $./ ; $ -$< $ ; $ 5$< .- $ $1 $ -
• $ 5$8; $

  " $ *5$8; $

  " -

• $ "5$8; ;

  % $ %5$6- )

  % $ 5$ / .-

  % $ 5$> /

  % $ 5$ $ $) $) $ ; $ 5$ - $ ! $ $ $ ) $ 5$ $./ ; .

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

1. Inledning Detta kapitel ger en introduktion till företaget, projektet samt projektets syfte och mål.

  1.1. Företagspresentation

  J&D Assisting Systems startades av två elektroingenjörer, Daniel Petterson och Jonas Johansson, med hjälp av innovationsgruppen. Innovationsgruppen är Högskolan i Halmstads inkubatorprojekt som hjälper före detta elever med att utveckla sina affärsidéer samt ger dem tillgång till lokaler och materiel. Daniel och Jonas tog sin magisterexamen i elektroteknik med inriktning på intelligenta system i januari 2007. Efter examen har deras företag gått på högvarv för att få ut sin kraftassisterande lösning på marknaden.

  1.2. Projektbeskrivning

  Vi har fått i uppdrag att vidareutveckla ett drivpaket för rullstolar. Uppgiften innebär att konstruera och designa en smart lösning för att överföra drivkraften från en 24 V servomotor till hjulen på rullstolen. Den kraftassisterande lösningen kombinerar människans, på drivringen applicerade, kraft med kraften från den elektriska motorn som drivs av ett batteri. Lösningen är kraftsensorfri, och förlitar sig istället på hastighetsåterkoppling. Detta medför att produkten kan ge assistans på fler sätt än genom påverkan på drivringarna. Drivhjälp kan ges då brukaren tar sig fram genom att dra i omgivande föremål eller genom att trycka med fötterna mot marken. Produkten assisterar även en påskjutande assistent. Inom projektets ramar skall vi utveckla en principlösning

  3 för hur motorerna skall driva rullstolen, samt färdigställa en prototyp.

  1.3. Syfte och mål

  Projektets syfte är att konstruera ett drivpaket som svarar mot de krav som ställs. Detta drivpaket ska sedan anpassas för montering på de fem vanligaste rullstolsmodellerna i Sverige. När produkten är monterad på rullstolen ska det fortfarande vara möjligt att fälla ihop rullstolen. Produkten ska sedan kapslas in för att tåla den tuffa utomhusmiljön. Det nya drivpaketet ska överträffa nuvarande lösnings prestanda avseende moment och varvtal.

3 Se Daniel och Jonas magisterexamensrapport för mer information om det tekniska.[10]

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

2. Nulägesanalys Detta kapitel beskriver företagets och produktens läge just nu. Företaget

  Företaget, som grundades i oktober 2007, består av Daniel Johansson och Jonas Petersson. De tog i januari 2007 ut sin magisterexamen i elektroteknik med inriktningen intelligenta system. Företagets verksamhet består av att utveckla produkten av deras gemensamma magisterexamensarbete. Företaget backas upp av Högskolan i Halmstads inkubatorprojekt innovationsgruppen, vilket sponsrar med materiel och lokaler under den första tiden.

  Produkten

  Produkten är en ny typ av kraftassisterande lösning för rullstolar. De många fördelarna som produkten innebär gentemot konkurrenterna, främst genom lägre vikt och kostnad, borgar för en god framtid. Istället för kraftsensorer i rullstolens drivringar används en lösning med hastighetsåterkoppling, vilket framförallt ger den direkta fördelen att kraftassistans kan ges utan påverkan av drivringarna. Med andra ord kan en påskjutande assistent få kraftassistans, likväl som att brukaren själv kan ta sig fram genom att använda fötterna. Till Ut-Expo 2007 byggdes första prototypen av produkten. Det första styrkortet med tillhörande

  Figur 1: Företagets första prototyp

  motorer monterades på en tysk rullstol av typen Be Rolka-Aktiv, med hjul från tillverkaren Decon Wheel i Hyltebruk. Motorerna kom från det svenska företaget All motion. Nästa prototyp kommer att innehålla produkten av detta projekt. Målet är att prototypen i sin konstruktion skall vara så tillverkningsanpassad som möjligt. Motorerna inklusive växellådor till den nya prototypen skall komma från samma företag, All motion.

  Projektet, vilket skall ge drivpaketet till den nya prototypen, utförs under vårterminen 2008 och avslutas i samband med Ut-Expo 2008. Under samma tidsperiod utvecklar företaget sitt styrkort samt batteripaket. Den nya prototypen presenteras under Ut-Expo 2008 som äger rum under vecka 22, denna gång monterad på den svenska rullstolen Etac Next.

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol Konkurrenterna

  Huvudkonkurrenterna är två till antalet. Dessa två har likadana lösningar; produkten består av ett par nya hjul som monteras på rullstolen. Alla delar är inbyggda i dessa hjul, och produkten använder kraftsensorer i drivringarna. En annan produkt som finns på marknaden är Lille Viking. Denna produkten saknar kraftsensorer och får endast användas av assistenten. Företaget har således ett bra utgångsläge, med en helt unik produkt och konkurrenter med likadana lösningar.

  Lille Viking

  Drivhjälpmedlet Lille Viking kan egentligen inte ses som en konkurrent till vår produkt, eftersom den kräver en assistent. Vi har ändå valt att titta på lösningen för att ta lärdom av den.

  Lille Viking tillverkas av företaget UB-Let beläget i Vejle i Danmark. Produkten tillhandahålls i Sverige av bland andra Etac. LilleViking består av ett batteripaket och ett motorpaket, vilka hängs på baktill på stolen, under sitsen. Motorn driver två hjul som är i kontakt Figur 2: Lille Viking med underlaget och på så sätt ges drivhjälp. Batteripaketet och motorpaketen väger 9,5 kg styck, vilket innebär en ansenlig ökning av totalvikten på rullstolen som ligger runt 16 kg. Man kan genom ett enkelt handgrepp frikoppla drivpaketet från marken vilket eliminerar det extra motståndet som produkten annars innebär. Detta hjälpmedel är endast avsett att användas av en assistent. Enligt produktmanualen innebär full laddning (~5h) en räckvidd på 20 km.

  e-motion

  Alber e-motion är ett hjälpmedel som underlättar för personer med nedsatt styrka i armar. Alber e-motion fungerar på följande sätt. En lätt rörelse framåt med drivhjulen aktiverar elektromotorerna som hjälper till att driva rullstolen. Detta kan hjälpa personer som har svårigheter att med egen kraft ta sig upp för t.ex. en backe. Alber e-motion kan också hjälpa till att bromsa rullstolen, genom en liten rörelse bakåt på drivringarna gör att servobromsarna effektivt saktar ner farten. Motorer och batterier sitter inbyggda i hjulnavet.

  Figur 3: Produktbild från Alber

  Motorernas känslighet går att justera på flera olika sätt,

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

  t.ex. med olika styrka på höger och vänster hjul. Detta görs för att balansera brukarens olika styrka på höger och vänster arm. Det finns också ett inomhusläge och ett utomhusläge samt en möjlighet att lägga in olika användarprofiler som kan väljas via en omkopplare.

  e-move

  e-move är en kraftassisterande lösning från företaget Decon Wheel, med sin bas i halländska Hyltebruk. Hjälpmedlet passar i princip alla rullstolar, då produkten precis som e-motion består av ett nytt hjul som monteras på den befintliga rullstolen. Kraftförstärkningen aktiveras genom kraftsensorer i drivringen, och önskad förstärkning erhålls. Inklusive batteripaket väger e-move 16 kg. Drivhjälpmedlet kan enkelt frikopplas och produkten innebär då endast motstånd i form av den extra vikten. Brukaren har olika alternativ att välja på, beroende på behovet av hjälp.

  I Figur 4: e-move från Decon Wheel produktmanualen kan man läsa att full laddning på ungefär 2,5 h ger en räckvidd på ca 15 km.

  Jämförelse

  4

  5

  6 Lille Viking e-motion e-move

  Vikt 19 kg 24 kg (inkl. hjul) 16 kg Full laddning ~5 h ~2,5 h ~2,5 h Räckvidd 20 km 12 km 15 km Motor/er 24v, 1 x 180 W 24v, 2 x 150 W 24v, 2 x 90 W Batteri

  12 Ah 2,4 Ah NiCd 6,7 Ah NiMH Max hastighet 5,5 km/h 6 km/h 6 km/h Pris ca 25 000 kr ca 30 000 kr ca 30 000 kr Tabell 1: Jämförelsetabell över konkurrenterna.

  I ovan uppställda tabell kan vi se viktiga data över våra främsta konkurrenter. Som sagt är produkten Lille Viking ingen egentlig konkurrent, på grund av dess assistentberoende användning. Den är dock med i jämförelsen, framför allt för att vår produkt kan ersätta produkten Lille Viking. En av styrkorna med vår produkt är just att den täcker upp konkurrenternas skiftande användningsområde. Dels kan den med fördel användas av en ₄ assistent och dels kan den ge en ensam rullstolsburen extra kraft. ₅ Fakta från http://www.docs.etac.com/var/orginal/1410.pdf ₆ Fakta från http://www.usatechguide.org/itemreview.php?itemid=434 Fakta från http://www.smelinkweb.com/ImageLibrary/1102/e-move%20sv.pdf

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

  Enligt vår kravspecifikation (se nästa sida) ska den nya konstruktionen hålla en vikt under 15 kg. Det betyder att produkten blir lättare än alla konkurrenter. Börkraven anger en vikt under 10 kg, vilket visar på ambitionen att långt överträffa konkurrenterna på denna punkt.

  Kunder

  De potentiella kunderna är Sveriges hjälpmedelscentraler, samt privatkunder. I Sverige skulle produkten nästan uteslutande distribueras via hjälpmedelscentralerna. Detta innebär att användaren skulle få en färdiginställd lösning, klar att användas. Vid försäljning utomlands skulle förmodligen användaren själv montera produkten. Förutom ovan nämnda kunder kan man därtill se rullstolstillverkare, som potentiella kunder. Detta skulle medföra en rad fördelar. Främst skulle man säkerställa ett visst antal sålda produkter. Man skulle också genast få en fungerande distribution och försäljning. Mer information om de svenska tillverkare/distributörer av rullstolar finns bifogat som bilaga C.

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

  7

3. Kravspecifikation

  

Detta kapitel beskriver utformningen av och arbetet bakom den kravspecifikation vilken

ligger till grund för detta projekt.

  Det första steget i projektet var att utveckla och definiera företagets krav och önskemål på projektet. J&D Assisting Systems hade klart för sig vad de ville ha ut av projektet, och tillsammans med företaget jobbade vi oss fram till siffror som båda parter kunde skriva under på. Bland de mest grundläggande kraven finns följande:

• Drivpaketet ska kunna monteras på de fem vanligaste rullstolarna i Sverige.
• Det nya drivpaketet ska minst kunna ge samma moment och varvtalshastighet som befintlig design.
• Rullstolen ska kunna fällas ihop, även med monterad växellåda och motor.
• Drivpaketet ska kapslas in för att tåla utomhusmiljö.
• Drivpaketet ska konstrueras så att glappet minimeras.
• Drivpaketet ska i sin konstruktion vara robust och hållbar.

  De punkter som tydligast behövde sättas siffror på var vad den tidigare motorn kunde leverera för moment och varvtalshastighet. Även kravet på maximalt glapp fick en siffra, 2°. Vidare sattes 15 kg som den maximala totalvikten på produkten, inklusive batteripaket. Krav tillkom gällande frikoppling, underhållsfrihet och säkerhet. I en revidering av uppställd kravspecifikation tillkom även ett antal avgränsningar till följd av arbetet med förstudien. Projektet inriktades på rullstolsmodellen Etac Next, med tillägget att produkten bör passa övriga vanliga rullstolar, med mindre eller utan modifikation.

3.1. Avgränsningar

  Följande avgränsningar har gjorts:

• Projektet omfattar 15hp, vilket för två personer motsvarar 800 arbetstimmar.

  Arbetet utförs under vårterminen 2008 och slutdatum är 15 maj.

• Budget för projektet är obegränsad.
• Projektet kommer att fokuseras på de, i Sverige, fem vanligaste rullstolarna.
• ₇ Hållfasthetsberäkningar kommer ej att göras.

  Fullständig kravspecifikation finns bifogad som bilaga A.

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

4. Metod

  

Detta kapitel redogör för de metoder och verktyg som ligger till grund för arbetet i detta

projekt.

  Detta examensarbete är utfört efter Fredy Olssons teori om primärkonstruktion,

  8

  principkonstruktion samt tillverkning. Projektet inleddes med att sätta upp en tidsplan för att strukturera arbetets gång. För att få mer information om vilka rullstolar och drivhjälpmedel, som redan finns på marknaden, användes Hjälpmedelscentralen i Hallands län, som en kontakt. Hjälpmedelscentralen står för all utlåning av hjälpmedelsutrustning till personer med funktionshinder. För faktainsamling konsulterades även webbsidor inriktade på rullstolar och hjälpmedel. Framför allt har rullstolstillverkarnas webbsidor använts. För information kontaktades även HI, Hjälpmedelsinstitutet, som är en organisation som verkar inom området handikapphjälpmedel. Verksamheten omfattar bl.a. provning av hjälpmedel, forskning och utveckling, information och utbildning. Hjälpmedelsinstitutets huvudmän är staten samt Sveriges Kommuner och Landsting. Syftet med kontakten var att undersöka vilka rullstolar som är vanligast, samt olika rullstolars användningsområden. En kravspecifikation utformades utefter företagets önskemål och krav. Efter faktainsamling och förundersökning har ett antal förändringar och avgränsningar införts, då det visade sig att den första kravspecifikationen gjorde projektet alltför omfattande. Ett antal principlösningar har tagits fram och utvärderats för att i slutändan få den princip som ska tillverkas i prototypform. När det var klart har en övergång i arbetet gjorts till primärkonstruktionen för att lösa kvarstående problem. För matematiska uppgifter har programmet Mathematica använts. I Dassault Systèmes Catia V5 har en modell skapats för att lättare kunna fastställa designen. De beräkningar som gjorts har bland annat utgjort underlag för val av motor, vilken utväxling som krävs för en viss hastighet samt ekerlängd och övriga

  9 hållfasthetsberäkningar.

  I Catia V5 har prototypen modellerats till stor del genom Part Design. Vissa delar är tillverkade i Generative Sheetmetal Design. För att få en överblick av alla delar som är tillverkade har sammanställningar gjorts i Assembly Design. De ritningar, som finns på den färdiga prototypen, är gjorda med hjälp av modulen

  10 . ₈ Drafting ₉ Olsson, F (1995) ₁₀ Beräkningar finns bifogade som bilaga D.

  Ritningar finns bifogade som bilaga M.

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

  På två ställen har inkapslingar gjorts. GT Prototyper i Ystad har använts för att

  11

  prototyptillverka det skal som ska kapsla in centrumskivan . Metoden som har använts

  12

  vid prototyptillverkningen är SLS, Selektiv Lasersintring . Syftet med inkapslingen är att inget vatten kommer att tränga in vid utomhusbruk. Den frikopplingsfunktion som är konstruerad för drivpaketet, kommer då också att döljas, samt motstå risken för smuts och slitage. För inkapsling av drivpaketet har ett enklare skal tillverkats i plexiglas. Genom detta exponeras tydligt vår lösning med koniska kugghjul. Material och andra delar, som behövs för att förverkliga prototypen, beställdes utifrån de krav som satts upp, samt efter de beräkningar som gjorts.

  11 ₁₂ Se stycke 9.9.2 för mer information om GTP och inkapslingen.

  Se bilaga E om SLS

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

5. Förstudie

  

Detta kapitel beskriver den kunskapsinhämtning som var nödvändig för att kunna

modellera och konstruera ett drivpaket som följer de uppsatta kraven.

  I kapitlet Metod beskrivs hur rullstolstillverkare och hjälpmedelscentraler kan användas för att få information om olika rullstolars utformning. Drivpaketet ska enligt kravspecifikationen bland annat möjliggöra hopfällning av rullstolen. Detta gör att rullstolarnas utrymme bör analyseras och jämföras. Då projektet har avgränsats att utgå från rullstolen Etac Next är det inget krav i nuläget att drivpaketet ska vara anpassat efter flera rullstolsmodeller. Dock är det mycket önskvärt att lösningen så långt som möjligt tar hänsyn till andra modellers utformning.

  Utrymmesanalys av rullstol

  Etac Next är den rullstol som har fått lägga grund till de mått, som är satta på grund av att den är bland de vanligaste rullstolarna på marknaden. Det område under rullstolen där motorn kommer att sitta har följande mått.

• Vid totalbredd har motorutrymmet följande mått. Bredd: 380 mm, Höjd: 450 mm, Djup: 500 mm.
• Vid transportbredd har motorutrymmet följande mått. Bredd: 70 mm, Höjd: 450 mm, Djup: 500 mm.

  Vid undersökningar har det kommit fram att dessa mått inte går att använda fullt ut. Det mått, som går från centrumaxeln i hjulet till däckets kant på baksidan av rullstolen, måste förminskas. Om det inte sker en ändring av måttet kommer motorerna att vara ivägen för medhjälparens fötter då han/hon puttar på. Måttet från centrumaxeln i hjulet och marken får inte vara för stort heller. Om man till exempel skulle köra rullstolen över en trottoarkant eller en sten vill man inte att motorerna ska skrapa i och förstöras. Hänsyn måste även tas angående bredden då rullstolen skall kunna fällas ihop. Måttet mellan de två ramarna ändras med 390 mm då man fäller ihop den. Drivpaketen kan därför inte vara för breda.

  Jämförelse av hjulen och hjulaxlar på olika rullstolar Vi har jämfört de olika rullstolsmärkena med varandra och upptäckt ett flertal skillnader.

  Man kan till exempel se på Panthera’s modeller att de endast har en hjulaxel, som går igenom båda hjulen. Detta medför att det blir omöjligt att montera en drivningslösning direkt på hjulaxeln. Hjulen har inte samma design hos de olika rullstolstillverkarna. Vissa har ekrar utformat som ett cykelhjul och andra har sex till åtta stycken tjocka plastekrar. När man tittar närmare på rullstolarna med plastekrar, kan man se att drivringen sitter fast med en skruv vid varje eker.

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

6. Resultat av förstudie Detta kapitel redovisar resultaten av förstudien samt de avgränsningar som den gav.

  De kontakter som togs under den första fasen i projektet finns redovisade i kapitlet . Förstudien syftade till att ge ett underlag för avgränsningar och inriktning av

  Metod

  projektet. De stora frågorna var bland annat vilka rullstolar som skulle sättas i fokus i konstruktionsarbetet och vilka de stora skillnaderna mellan olika rullstolar är. Att bestämma sig för vilka rullstolar som drivpaketet skulle optimeras för är nödvändigt då projektet endast omfattar 15 hp. Utredningsarbetet gällande skillnaderna och likheterna mellan rullstolarna syftade till att ge oss största möjliga chans att anpassa drivpaketslösningen till så många kunder som möjligt.

  Det visade sig på Hjälpmedelscentralen i Halmstad att modellen Etac Cross samt dess efterföljare Etac Next dominerade den användargrupp som vår produkt är inriktad mot. Då produkten riktar sig till användare som dels tar sig fram själv på rullstolen och dels behöver hjälp av en assistent kan så kallade komfortrullstolar direkt räknas bort. Dessa har mindre hjul och framförs inte av brukaren själv.

  13 Webbplatser på internet gav information om fler tillverkare av rullstolar. På detta sätt tog vi även reda på de stora skillnaderna och likheterna rullstolsmodellerna emellan.

  Upptäckten gjordes bland annat att vissa rullstolar har en genomgående hjulaxel, vilket försvårar en motorpåbyggnad av den typ vi avser att utveckla.

13 Mer information om rullstolstillverkare finns bifogad som bilaga C.

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

7. Principlösning Detta kapitel behandlar principlösningsfasen, vilken har resulterat i flertalet koncept.

  Enligt kravspecifikation skall motorer från All motion användas. Då All motion tog fram den tidigare lösningen är de insatta i produkten och de önskade funktioner. De har därför kunnat bidra med förslag på motorer och växellådor. Motorer och växellådor är valda till den grad att en produktserie är vald. Figur nedan visar formen på den framtida konfigurationen. Med valda komponenter ges maximala dimensioner enligt

  14

  följande :

• Längd: <200 mm

  Figur 5: Motorpaketets form

• Bredd och höjd: 42 mm x 42 mm
• Vikt: 1,25 kg

  Då lösningen är fastställd gällande motorer och växellådor återstår själva monteringen och kraftöverföringen till hjulen. Enligt upprättad kravspecifikation skall lösning möjliggöra hopfällning av rullstolen. Dessutom måste en monteringslösning väljas som innebär så enkel montering som möjligt, och samtidigt ger möjlighet för inkapsling. Drivpaketets form är enligt figur till höger.

14 Se bilaga F och G för motorers och växellådors datablad.

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

7.1. Montering av drivpaket

  Drivpaketet ska monteras på insidan av rullstolen, utifrån ett antal kriterier. Det ska sitta väl förankrat i rullstolens ram, så att det vridande momentet inte rubbar paketet. Drivpaketet ska monteras på ett sådant sätt att hopfällning fortfarande är möjlig, på samma sätt som det var innan produkten monterades. Nedan följer våra fyra koncept på hur monteringen kan lösas.

7.1.1. Drivkoncept 1 – Rak montering 180° vinkel mo t hjulaxel, motorer inåt Detta koncept innebär en mycket enkel, ovinklad montering rakt på överförande axel.

  Med detta hålls både antalet delar nere, och komplexiteten i konstruktionen. Enkla raka kugghjul används. Denna idé skulle på grund av placeringen inåt mitten troligtvis kräva en flexibel montering av drivpaketet. Annars skulle inte tillräcklig hopfällning tillåtas. En möjlighet skulle vara att montera drivpaketen på var sin sida om centrumaxeln, så att de vid hopfällning glider ihop bredvid varandra. Kvarstår gör dock problemet med att motorerna upptar en hel del benutrymme för assistenten vid användande.

  Figur 6: Drivkoncept 1 Figur 7: Drivkoncept 1 - närbild Fördelar Nackdelar

  Enkel konstruktion Endast viss ihopfällning Få delar Måste byta axel Billig Tar upp ”benutrymme” Enkel att kapsla in Möjlighet till frikoppling

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

7.1.2. Drivkoncept 2 – Koniska kugghjul 90° vinkel mot hjulaxel

  I koncept 2 sitter det koniska kugghjul som gör att det går att vinkla motorn 90. Detta möjliggör en mycket tät montering av motorpaketet, vilket skapar den plats som behövs för hopfällning. Samtidigt ger detta koncept benutrymme för en eventuell assistent. Förslaget ger också ett gott utgångsläge för inkapsling av drivpaketet. Alla delar kan inkluderas i en enda inkapsling, med en utgående drivande axel som enda utstickande del. Då denna anslutning kan tätas har vi en helt skyddad miljö för motorer, växellåda och övriga rörliga delar. Utrymme för fäste finns på rullstolens ramkonstruktion.

  

Figur 8: Drivkoncept 2 Figur 9: Drivkoncept 2 - närbild

Fördelar Nackdelar

  Ger stort utrymme Många delar Fast och hållbar montering Måste byta axel Enkel att kapsla in Enkel montering

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

7.1.3. Drivkoncept 3 – Kugghjul monterat i hjulet, 90° vinkel mot hjulaxel

  Ett stort kugghjul sätts fast i bromsplattan på rullstolen. Motorn är vinklad 90 och har ett relativt stort kugghjul för att den ska få plats på ett bra sätt. Fördelen med konceptet är att motorn inte är ivägen för medhjälparens fötter då han/hon puttar på. Få delar behövs och den axel, som sitter genom hjulet behöver inte bytas ut. Nackdelar är att de rörliga delarna blir tämligen smutsexponerade. Dessutom måste man se till att det drivande kugghjulet hela tiden har bra kontakt med det andra kugghjulet.

  Figur 10: Drivkoncept 3 Figur 11: Drivkoncept 3 - närbild Fördelar Nackdelar

  Få delar Smutsexponerad Enkel konstruktion Kräver fjädrad fixering Kräver ej ny axel Mycket stort drivande kugghjul Enkel montering

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

7.1.4. Drivkoncept 4 – Kugghjul monterat i hjulet, 180° vinkel mot hjulaxel

  Detta koncept bygger ganska mycket på koncept 3. Skillnaden är att det är ett större kugghjul som sitter fast i ekrarna för att överföra drivningen på hjulet samt att motorn inte är vinklad 90. Nackdelen är att motorn är i vägen för medhjälparens fötter då han/hon puttar på samt att det är dyrt att skaffa kugghjul i denna storlek. Man kan inte heller fälla ihop rullstolen till sitt maxläge i detta koncept.

  Figur 12: Drivkoncept 4 Figur 13: Drivkoncept 4 - närbild Fördelar Nackdelar

  Få delar Smutsexponerad Enkel konstruktion Kräver fjädrad fixering Kräver ej ny axel Kanske dyr Enkel montering Mycket stort kugghjul i hjulet

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

7.2. Kraftöverföring till hjul

  

Vi utgår nu från att kraften ska överföras via hjulaxeln efter utvärderingar om koncepten

med företaget. Med andra ord är drivkoncept 3 och 4 bortvalda, se kapitel 8.

  Etac Next är i dagsläget inte på något sätt anpassat för en kraftassistanslösning. Hjulet som används är inte anpassat för att kunna fixeras mot hjulaxeln, och inte heller hjulaxeln är det, som för övrigt är en enkel kulspärrbult. För att överföra kraften från drivpaketet till hjulet krävs i koncept 1 och 3 en ny axel. Denna axel måste i inre änden vara anpassad för att drivas på av drivpaketet. Detta kan lösas med en enkel anslutning av samma princip som en hylsnyckel. I andra änden ska kraften återigen överföras på hjulet. Där ter sig ett utfräst spår som en lämplig lösning. Man kan även tänka sig någon slags sprint eller liknande som överför kraften. Utöver detta ska axeln ha samma funktion för lossning av hjulet som nuvarande axel har. Dagens axel har fjädrande kulor som löser detta.

  Krav för hjulaxeln

• Den skall låsa fast hjulet så att det inte åker av.
• Överföra drivkraften från motorn till hjulet.
• Löstagbar.
• Vara stöd till frikopplingsfunktionen.
• Klara samma max vikt som den befintliga hjulaxeln.
• Rostfri.

  Figur 14: Nuvarande hjulaxel

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol

7.3. Kraftöverföring på hjul

  Den kraft som motorerna påför axeln ska på något sätt tas upp och påföras hjulet. De fästpunkter som finns att välja mellan på rullstolen Etac Next är dels den metallplatta som fungerar som bromsskiva (se figur 15), dels infästningarna för drivringen. Att använda ekrarna eller själva hjulnavet som fästpunkt ter sig också som möjliga alternativ. I kapitlet förstudie behandlas olika rullstolars likheter och skillnader. Bland annat har i princip alla rullstolar likadan infästning av drivringen. Även navet och ekrarna ser likadana ut. Om en lösning väljs med bromsskivan som infästning behöver produkten sannolikt en annorlunda utformning för andra rullstolar än Etac Next. Dessutom försvinner möjligheten att montera på parkeringsbroms.

  7.3.1. Överföring via bromsskiva

  Tanken med detta koncept är att man använder de redan befintliga hålen som hör till rullstolens bromsskiva för att få drivning på hjulet. Genom att tillverka en centrumskiva med ett visst antal hål, som sedan placeras på utsidan av hjulet med distanser emellan. En axel överför sedan drivningen på hjulet. Axeln går från centrumskivan genom hjulet och rullstolens stomme där den fäster i ett kugghjul. Motorn appliceras sedan mot ett annat kugghjul mot det kugghjul som sitter fast på axel. Fördelen med denna lösning är att det lätt går att överföra drivningen till hjulet med de hål som redan finns i bromsskivan. När detta koncept testades upptäcktes att den pigg som hör till handbromsen på rullstolen tog emot i distansernas fästen. Konceptet fungerar följaktligen inte ihop med en monterad handbroms.

  

Figur 15: Bromsskiva på Etac Next

  _{Högskolan i Halmstad Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design} Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol Plåtskivan som är fäst i tre distanser.

  Egentillverkad axel som låses fast i plåtskivan och överför drivmomentet från motorn till hjulet.

  Tre distanser (endast två synliga på denna bild) som låser fast plåtskivan med hjulets bromsskiva.

  Figur 16: Koncept för kraftöverföring via bromsskiva Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol _{Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design Högskolan i Halmstad} 7.3.2. Överföring via drivringsfästen

  Förundersökningen gav bland annat resultatet att de flesta rullstolar har likadana infästningar för drivringen. På fyra punkter fäster drivringen via insexskruvar i aluminiumfälgen, och dessa platser passar oss utmärkt. Nedan kan man se hur ekrarna fästs i drivringens insexskruv med en bockad plåtbit.

  Figur 17: Koncept för kraftöverföring via drivringsfästen

  En ekerhållare som fäst i samma insexskruvar som drivringen.

  Ekrarna fästs i centrumskivan för att sedan göra det möjligt att överföra drivmomentet.

  Examensarbete 15 hp – Innovativt Drivpaket för rullstol _{Maskiningenjörsprogrammet - Konstruktion och Design Högskolan i Halmstad} 7.3.3. Överföring via ”klo”

  I detta koncept är tanken att använda ekrarna för att överföra drivmomentet. Eftersom alla hjul i princip är byggda på samma sätt hade det varit enkelt att bygga en ”klo” som fästs på ekrarna. Med små ändringar hade ”klon” passat på alla typer av hjul. Nackdelen är att inte ekrarna håller vid för stor påfrestning. Figur nedan visar hur det skulle kunna fungera.

  Figur 18: Koncept för kraftöverföring via klo Klon fäster i ekrarna.